摘要：異步電動機在負荷大幅度變化的情況下，運行工況差，雙變量力能指標優化控制技術跟蹤異步電機的負荷變化進行低碳控制，通過調節鐵耗和銅耗的平衡關系使電機的總損耗最小，解決異步電機輕載、空載時功率因數低、低效率這一技術難題。雙變量力能指標優化控制技術是集軟啟動、節能和故障保護于一體的異步電動機控制裝置。
??????? 關鍵詞：運行工況；雙變量力能指標優化控制技術；節能；控制裝置
??????? 一、前言
??????? 趙莊煤業選煤廠隸屬于晉煤集團，是一座礦井型選煤廠，設計入洗能力為6.00Mt/a，主要設備按照10.00Mt/a選型。破碎過程是選煤廠的一道重要工藝，毛煤經過篩分，手選矸，破碎后進入下一道洗選流程。趙莊煤業選煤廠破碎機采用英國MMD公司生產的625型雙驅動雙齒輥破碎機，電氣控制中，設置了手動、自動開停機、過流保護和齒輥堵轉保護。由于受外部供料條件的限制，當進入破碎機的礦石性質發生變化時，如粒級較大、給料不均、礦石難碎或混有難碎物料等，造成破碎機的負荷波動很大，表現為運行電流大幅度擺動，且經常處于超載狀態，影響電動機和傳動機械的正常運行，電動機燒損故障時有發生。崗位操作難度很大，靠人工調節無法準確和動態地控制最佳下料量，有時很長一段時間內被迫將給料量調至很小，這樣負荷雖控制住了，但是給料量小，生產效率低，常無法滿足供料需要，使下道工序出現待料情況，延長了設備的運轉時間，浪費了能源。因此在目前我國工業生產不斷發展，能源日趨緊張，環保要求日趨高漲的情況下，對破碎機中的異步電動機的節能理論與方法進行研究，提高電機運行效率，降低生產成本，提高經濟效益，具有十分重要的理論和實際意義。
??????? 趙莊煤業選煤廠原煤準備為雙系統破碎，裝機容量為2*（2*160kW），異步電機均為YB2-315M-4型，其中一臺電機參數為：功率160kW，電壓380V，電流287.8A，轉速1480r/min，cosφ=0.89，接法：△，效率：94.9%。
??????? 在實際生產過程中，采用日本日置示波器對破碎機電動機電流和功率因數進行監測，分析目前運行條件下的工況。
??????? 由圖1和圖2可知電機的功率因數基本在0.1-0.35之間，電機電流在85-90A之間，結合電機的銘牌參數得知，此破碎機的效率非常低，只有電機額定容量的1/4-1/3，根據能量守恒定律，破碎機電機耗能情況比較嚴重，節電空間比較大。有必要對其進行節能改造，通過改造提高電機的效率，改善電動機的力能指標，降低能耗。
??????? 破碎機電動機在目前運行工況條件下，存在如下問題：
??????? ⑴電機在輕載或空載狀態下運行時，它的銅線圈繞組產生過量磁通，導致電機效率下降。該磁通（也稱感應電流）是固定的，致使電機浪費了約30%-50%的電能。
??????? ⑵直接啟動會產生電壓和電流突變，使電網過載，電壓瞬間波動，導致設備運行溫度升高，能耗增加，造成浪費。同時也影響其它設備的供電。
??????? ⑶電動機和受驅動設備在啟動或突變時都會受到劇烈的應力作用，造成機械損傷。
??????? ⑷異步電機存在的最大問題是它輸出的轉動扭力無法配合啟動和運行時的負載扭力。電機啟動時，通常在幾分之一秒內產生正常時150%-200%的扭力，令負載增至正常速度，這會導致驅動結構受到極大的沖擊力矩損害。與此同時電機產生比平常高4至10倍的啟動電流，影響供電系統的穩定性。
??????? ⑸設備故障以及因需維修或停產將造成巨大經濟損失。
??????? 二、雙變量力能指標優化控制技術
??????? （一） 雙變量控制的原理
??????? 對于長期運行在非經濟狀態的電動機，采用力能優化控制，就是在變頻調速的基礎上，從降低異步電動機自身損耗的角度出發，兼顧電動機運行時的功率因數，以提高電動機力能指標為目標，推導出一種能夠根據實際負載轉矩的大小和轉速的要求，確定異步電動機電源電壓和頻率協調關系的控制方法。雙變量控制原理中雙變量有兩層含義：一是對變頻器而言，用觸發角a和脈沖寬度b兩個變量來實現自然無環流原理；二是對控制電機而言，用變頻器輸出電源的電壓u和頻率f兩個變量來控制電機的輸出轉矩T和轉速n。
??????? （二）雙變量控制的研究
??????? 針對破碎機負載波動大的特點，根據其它各礦的具體條件和掌握的資料數據，研究提出趙莊煤礦選煤廠一套破碎機電機雙變量力能指標優化控制技術方案。兼顧工程實際和雙變量力能指標優化控制相關技術的發展，進行方法創新，采用微機在線智能測試技術，并盡可能采用智能控制理論以解決電機參數時變性強、離散性大和節能控制中算法振蕩的問題。
??????? 工程改造兼顧了技術的先進性和生產現場的可操作性。
??????? ⑴原來破碎機為直接啟動，將雙變量力能指標優化控制器直接接入主回路的接觸器與電動機之間，如圖3所示。